第2篇_1 8086处理器结构.ppt

第二章 微处理器系统结构 2.1 微处理器基本功能和结构 2.2 微处理器主要性能指标 2.3 INTEL8086/8088微处理器 2.4 8086/8088微处理器基本时序 2.5 INTEL80X86微处理器 2.6 80X86 32位编程结构 2.1 微处理器基本功能和结构 微处理器是微型计算机的核心部件，也称为中央处理单元，简称CPU（Central Processing Unit）。它负责微型计算机中各部件的协调，完成指令的执行和数据处理工作。其主要功能包括： 微处理器基本结构 微处理器基本结构包括控制器、运算器、寄存器组等部件。 2.2 微处理器的主要性能指标 微处理器的性能对微型计算机系统起着举足轻重的影响，微型计算机的很多性能指标都与微处理器性能直接相关。 微处理器的主要性能指标包括： 工作频率：包括主频、外频、倍频。主频是微处理器的工作频率，反映微处理器工作节奏的快慢；外频是指系统总线的工作频率，它反映外部设备的工作速度；倍频是指微处理器工作频率对系统总线工作频率的倍数。三者之间的关系可以用下式表示： 主频＝外频×倍频 其它性能指标：包括特殊指令扩展、超线程、流水线、乱序执行、动态执行，以及新一代CPU的双核、多核技术等体系结构方面的技术。而且体系结构对现代微处理器性能的影响已经超过制造工艺对计算机性能的影响，成为现代微处理器设计的重要技术指标。 2.3 INTEL8086/8088微处理器 2.3.1 Intel 8086/8088 CPU的基本特点 基本性能： 工作频率：5～10MHz 字长：16位 地址总线宽度：20位 数据总线宽度：16位（8086），8位（8088） 生产工艺：3μm，2.9万个晶体管 工作电压：5V 封装：40脚，双列直插式(DIP) 将取指令部件与执行指令部件分开，使它们可以并行工作，从而实现并行流水线，提高系统运行速度； 对内存空间分段管理，利用16位段基址和16位段内偏移地址实现对1MB空间的寻址； 设有两种工作模式，分别支持单处理器工作和多处理器工作； 基本指令执行时间为0.3μs～0.6μs。 2.3.2 8086/8088微处理器组成结构 由两个功能部件构成： 执行部件EU（Execution Unit ），主要实现指令和数据处理功能 总线接口部件BIU（Bus Interface Unit ），主要实现与外界交换数据的功能 算术逻辑单元（ALU）：用于算术、逻辑运算功能。 标志寄存器FLAG：用于存放CPU的状态或控制标志。反映CPU最近一次运算结果的一些状况。 数据暂存寄存器：协助ALU完成运算，暂存参加运算的数据，如从内存读入的数据。 通用寄存器：用于存放参与运算的数据或数据在内存中的偏移地址。 EU控制电路：负责接收从BIU指令队列中取来的指令，经指令译码后形成定时控制信号，对EU各部件实现特定的控制操作。 指令队列缓冲器：存放最多6字节的指令，按“先进先出”原则进行存取操作。 地址加法器：完成20位物理地址计算。 段地址寄存器：用于存放段的基地址值。 指令指针寄存器IP：指令指针寄存器用于存放BIU要取出的下一条指令的偏移地址。 总线控制电路与内部通信寄存器：总线控制电路用于产生外部总线操作时的相关控制信号；内部通信寄存器用于暂存总线接口单元BIU与执行单元EU之间交换的信息。 EU与BIU并行执行的优势 假设计算机处理数据的过程简化为取指和执行两个步骤组成，如果微处理器只有一个功能部件，则完成一系列指令的过程可描述如下： 如果将微处理器的功能分为EU和BIU两个部件，分别完成取指令和执行指令的操作，虽然单个指令仍然需要取指令再执行，但从指令流角度看，取指令和执行指令可以同时进行 ： 2. 段寄存器 8086具有20位地址线，可以寻址1MB的存储空间，但在8086微处理器中所有寄存器都只有16位长，也就不可能从寄存器中直接得到20位的地址。因此8086采用了分段式的管理模式管理存储空间。 分段地址采用“16位段地址：16位偏移量”模式表示一个20位地址，存放段地址的寄存器称为段寄存器，8086中有4个段寄存器： 3．控制寄存器 8086微处理器中有2个用于控制目的的寄存器，一个是指令指针寄存器IP（Instruction Pointer），另一个是标志寄存器FLAG（PSW，Program Status Word）。 * 指令控制：指令执行顺序 操作控制：各部件功能协调 时序控制：各信号时序 数据加工：算术/逻辑运算 运算器ALU（Arithme